浙江绿城东方建筑设计有限公司 310012
【摘 要】随着经济迅速发展，建筑业也进入新一轮稳步的发展阶段；由于城市土地资源供给日益紧张，人们对地下空间的需要不断增长，地下工程在整个建设项目中所占的比重越来越大，致使裙房的地盘面积在不断增加，如何解决好地下室结构设计中存在的地基承载力及变形问题、抗浮问题、不均匀沉降问题、结构无缝设计引起的裂缝问题，是我们技术人员面临巨大的挑战，已成为当前工程界迫切需要解决的重大技术问题。文章分析了地下室结构设计中的难点问题，并针对性提出了优化设计的方案。
【关键词】建筑工程；地下室；结构设计
一、引言
目前城市土地资源日益紧缺，建筑及城市交通有逐渐向地下发展的趋势。然而，建筑由于其功能和结构本身的需要，大多设置了地下室。随着建筑层数的日益增高，地下结构已向多层发展，其结构设计、施工及防水等日益成为建筑工程界关注的热点。由于地下室工程的施工环境特殊、隐蔽性大、涉及的工种多、施工复杂，也容易出现质量问题，因而对设计和施工有一定的特殊要求。
地下室工程涉及的专业极为复杂，在建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。对于具有大底盘地下室的高层建筑群体而言，塔楼部分一般在使用阶段不会存在抗浮问题，但裙房及纯地下室部分经常会有抗浮不满足要求的问题。而且由于实际地下室抗浮设计中往往只考虑正常使用极限状态，对施工过程和洪水期重视不足，因而也会造成施工过程中由于抗浮不够而出现局部破坏，加上地下室防水工程是一项系统性工程，涉及设计、施工、材料选择等诸多方面因素，因此造成了地下室结构设计难点繁多，一般包括结构平面设计、抗震设计、地下室抗浮、抗渗设计、外墙结构设计。
二、结构平面设计
在高层建筑的地下室结构设计时，需综合考虑防火、使用功能、人防要求、设备用房及管道、坑道、排水、通风、采光等各专业的配合。例如地下室的长度超过设计规定长度时，需要与结构专业配合，确定是否设置变形缝，通常应尽可能少设或不设变形缝，因为设置变形缝会使得变形缝处的防水处理变得复杂。设计人员可以通过设置后浇带和合理使用混凝外加剂或地上设缝、地下不设缝等方式，达到不设缝的目的。若地下室过长依靠设置后浇带的方法难以解决，设计人员应合理地调整平面将地下室分割成几个小地下室，中间用较窄的通道相连，以满足使用及管道相连的要求，而将变形缝设置在通道处，这样可以使接缝较少且处于受力较小处，便于补救。在结构设计时应合理地设置采光通风井，若高层建筑采光通风井位置设计不当，例如在侧壁外作附加通长采光井，而采光井外壁又不能与地下室顶板整体连接，会造成地下室保证结构稳定功能的丧失，不能有效地将上部的地震及风力作用传至侧壁及地面，不能满足高层建筑的埋深要求。
三、外墙结构设计
1、基础设计
在进行地下室基础设计之前一定要做好工程地质的勘查工作，基础设计可以采用预应力管桩基础，为了能够满足沉降的要求，要加强岩层的承载能力，所以基于这一个要求，持力层应该要采用强风化岩和中风化岩层。
2、顶板设计
如果有的地下室顶板有设置园林景观的，覆土的厚度一定要建立在充分考虑设备管线高度和保护土层的基础上，经过全面的考虑才对顶板上园林景观覆土厚度和部分室内的覆土。
主楼室内个别地下室顶板的承载力应该在施工阶段进行验算，所以在楼板荷载力计算的时候应该要充分考虑施工荷载，适宜制定为5kN/m2。
具体的地下室顶板园林景观荷载条件除了覆土的重量，还需要结合道路和部分附属设施产生的荷载。
另外有的地下室首层是人防地下室，针对这一个特点，人防的地下室还要额外考虑爆动荷载的因素，人防地下室的爆动荷载比消防车作用板面的等效荷载还要大，因此为了达到荷载的要求，人防地下室的荷载考虑一定要与六级人防顶板荷载有等效的荷载效果。
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3、侧壁设计
影响地下室侧壁设计的因素有很多，例如结构自重、地面堆载及活载、防核爆等效静荷载、侧向土压力、地下水压力等各种因素。
地下室的侧壁由于情况比较特殊，会受到各种不同方向荷载的共同作用，受力情况比较复杂的情况下应该要对地下室侧壁设计进行科学合理的简化。所以地下室侧壁的设计具体要求是，与土壤产生接触的侧壁混凝土保护层厚度要达到40 毫米，地下室侧壁的水平钢筋配置要在外侧，而竖向的钢筋配置就应该在侧壁的内侧。
但是出于对侧壁设计成本的控制，在满足侧壁荷载要求的基础上混凝土的强度也不适宜设置得过高，这样可以减小混凝土的收缩应力。
并且从防止地下室混凝土发生开裂的情况，在进行地下室设计的时候还应该相应的设置多道的后浇带
4、底板设计地下室底板的
设计工作主要是以防渗和抗浮计算为主。地下室底板所处土层为淤泥及淤泥质土，承载力虽然比较低但是不能低于持力层，故地下室底板设计要按倒楼盖设计，采用无梁楼盖的方法计算，经计算地下室底板厚度要达到60毫米。
在底板的设置上，一定要注意钢筋配置的合理性。如果在底板上保持同一方向的钢筋，一定要确保处于同一标高上面，但是不同方向的钢筋并不需要放在同一个基础面上，要过多不同方向的钢筋处在同一个基础面上，很容易会造成钢筋保护层过大，导致底板窝顶情况的出现。
最后需要注意的是进行地下室的抗浮验算。在地下室的施工设计中应该要对地下室进行水压的检验，测试其是否超过地下室部分的恒载。在验算过程中选取的各种系数，恒载分项系数应该为0.9，水的分项系数应该为1.0。如果验算出来的结果不能够满足地下室抗浮的需要，可以采用抗拨桩来抵抗地下室水的浮力。
四、抗震设计
一般来讲地下室抗震设计中较为常见的问题为：多层建筑中半地下室埋深不够，房屋层数包括半地下室层已达8层，层数和总高度超过要求，违反GB50011- 2001第7.1.2条。地下室顶板为上部结构嵌固端，地下室一层抗震等级定为三级，而上部结构为二级，按GB50011- 2001第6.1.3条地下室也应为二级。若地下室设计不当，对其整体的抗震性能会产生较大的影响。根据施工图审查要点，一般来讲，对于半地下室的埋深要求应大于地下室外地面以上的高度，才能不计算其层数，总高度才能从室外地面算起。地下室的墙柱与上部结构的墙柱应协调统一。对地下室顶板室内外板面标高变化处，当标高变化超过梁高范围时则形成错层，应采取一定的措施进行处理，否则不应作为上部结构的部位。相关规范明确规定，作为上部结构部位的地下室楼层的顶楼，盖应采用梁板结构，地下室顶板为无梁楼盖时不应作为上部结构的部位。结构计算应向下计算至满足要求的地下室楼层或底板，但剪力墙底部加强区层数应从地面往上计算，并应包括地下层。
五、地下室抗浮、抗渗设计
地下水位及其变幅是地下室抗浮设计的重要依据。实际在地下室抗浮设计时仅考虑正常使用的极限状态，而对施工过程和洪水期重视不足，因而会造成地下室施工过程中因抗浮不够而出现局部破坏。另外，在同一整体大面积地下室的上部常建有多栋高层和低层建筑，由于地下室的面积较大、形状又不规则，且地下室上方的局部没有建筑，此类抗浮问题相对难以处理，须作细致分析后再进行处理。地下室结构设计除应满足受力要求外，抗渗也是其中一个重点。由于钢筋混凝土结构通常带裂缝工作，要达到抗渗目的，一般可采取以下措施：
（1）补偿收缩混凝土。在混凝土中掺微膨胀剂，以混凝土的膨胀值抵消混凝土的最终收缩值。当其差值大于或等于混凝土的极限拉伸时，即可控制裂缝；
（2）膨胀带。混凝土中膨胀剂的膨胀变形不会完全补偿混凝土的早期收缩变形，而设置补偿收缩混凝土带可以实现混凝士连续浇注无缝施工；
（3）后浇带。后浇带作为混凝土早期短时期释放约束力的一种技术措施，较长久性变形缝已有很大的改进并广泛应用；
（4）提高钢筋混凝土的抗拉能力。混凝土应考虑增加抗变形钢筋，如侧壁增加水平温度筋，在混凝土面层起强化作用；侧壁受底板和顶板的约束，混凝土胀缩不一致，可在墙体中部设置一道水平暗梁抵抗拉力。当然，在采取以上措施时，同时要注意混凝土的养护。
六、结语
高层建筑地下室结构设计显然是一个复杂的过程，但是，只要把握设计要点，抓住设计重点，以合理的设计为前提，进行全面考虑，使建筑地下室结构设计工作发挥其最大的经济作用和社会效益、战略效益。
论文作者:杜攀峰
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第10期
论文发表时间:2016/9/1
标签：地下室论文; 侧壁论文; 荷载论文; 混凝土论文; 顶板论文; 结构论文; 底板论文; 《低碳地产》2016年第10期论文;